Abgewogen

Entscheidungshilfe: NAS oder klassischer Server?

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Aktuelle Netzwerk-Speicherboxen können viel mehr als bloß Daten ausliefern: Zum Beispiel lassen sie sich mit Plug-ins bequem zum E-Mail- oder Webserver erweitern. Wann ist überhaupt noch ein separater Server nötig?

Seit Jahren sind bezahlbare Netzwerkspeicher mit Gigabit-Ethernet-Ports auf dem Markt. Eigentlich handelt es sich dabei um File-Server, die hauptsächlich für diesen Zweck optimiert sind: Zentrale Datenspeicher fürs lokale Netz, die sich vergleichsweise leicht einrichten lassen. Die ersten Generationen dieses Network Attached Storage (NAS) wurden belächelt, erledigten sie doch selbst ihre Kernaufgabe schlecht. Das hat sich sehr gewandelt: Die Web-Konfiguratoren moderner NAS lassen sich einfacher bedienen als manches Server-Betriebssystem, am Datendurchsatz gibt es nichts mehr auszusetzen. Oft sind Reserven für Erweiterungen vorhanden: Per Plug-in arbeiten selbst günstige NAS nebenher als Vielzweck-Server, etwa für E-Mail oder als Cloud-Speicher. Teurere Netzwerkspeicher bekommt man mit ECC-RAM, manche deduplizieren Daten, um Speicherplatz zu sparen. Andere binden Solid-State Disks als schnellen Puffer ein oder lassen sich mit externen Boxen erweitern. Auch bei der Bauform hat man Wahlfreiheit, außer den typischen Quadergehäusen gibt es auch welche zum Einbau ins 19-Zoll-Rack. Wer einen zentralen Speicher für Daten benötigt und bloß wenige Server-Dienste darüber hinaus, kann also immer häufiger auf einen „richtigen“ Windows- oder Linux-Server verzichten. Doch wann genau? Wo liegen die Vor- und Nachteile der Gerätetypen?

Preisfrage

Wenn man den Preis zweier Festplatten mit je 2 TByte einrechnet, bekommt man per Plug-in erweiterbare NAS ab ungefähr 300 Euro. In diesen sparsamen und oft leisen Kästchen stecken ziemlich leistungsschwache Prozessoren. Sie ermöglichen zwar hohe Datentransferraten und verblüffende Funktionsvielfalt für den Hausgebrauch [1], geraten jedoch an ihre Grenzen, wenn mehrere Nutzer gleichzeitig anspruchsvollere Dienste nachfragen.

In NAS ab der 500-Euro-Klasse – wiederum mit zwei Platten gerechnet – findet sich Intels x86-Billigprozessor Atom. Den gibt es in Single- und Dual-Core-Versionen. Für Speicherboxen mit Letzteren nennen einige Hersteller 25 Nutzer als Obergrenze für die eigentlichen File-Server-Dienste. Mit optimaler Firmware schaffen Atoms bei Software-RAID-5 volles Gigabit-Ethernet-Tempo, also etwa 100 MByte/s. Aktiviert man jedoch die Verschlüsselung, sind typischerweise bloß noch 30 MByte/s möglich, also ungefähr USB-2.0-Tempo. Doch viele Server-Dienste funktionieren mit akzeptabler Performance. Zum Flaschenhals kann außer der CPU jedoch der Hauptspeicher werden: Der lässt sich nur selten über die werksseitig eingebauten 1 bis 2 GByte hinaus erweitern, mehr als 4 GByte verträgt kaum ein Atom-System.

Darüber rangieren 1000-Euro-NAS, die sich von CPU und Mainboard her kaum von „richtigen“ Servern unterscheiden. Oft kommen Intel-Prozessoren wie Pentium G oder Core i3 zum Einsatz, bei noch höheren Preisen dann der Xeon E3 – dazu mehr im nachstehenden Artikel. Das RAM lässt sich meistens aufrüsten und ist per ECC gegen Fehler geschützt. Manches teure NAS lässt sich mit „dummen“ (JBOD-)Boxen erweitern: 12, 24 oder noch mehr Festplatten sind insgesamt möglich. Optionale 10-Gigabit-Ethernet-Karten verbessern die Anbindung ans Firmennetz. Redundante Netzteile erlauben den Anschluss an mehrere Stromkreise, um die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen zu mindern.

Spezielle NAS-Betriebssysteme verwandeln Standard-Hardware – etwa x86-Server – in Netzwerkspeicher. Anders als normale Server-Betriebssysteme besitzen sie typischerweise eine für File-Server-Zwecke optimierte Web-Oberfläche zur einfacheren Konfiguration. Ein bekannter Open-Source-Vertreter ist FreeNAS, aber es gibt auch kommerzielle Versionen wie Open-e, OpenFiler oder Windows Storage Server für OEMs.

Wer viel Rechenleistung braucht, etwa um Videodaten on-the-fly für das Streaming zu transkodieren, dem kann man nur schwer einen allgemeinen Ratschlag geben. Es kommt hier nämlich auf die jeweilige Software an. Manche NAS-Firmware bindet Hardware-Beschleuniger zumindest für bestimmte Videoformate ein, dann klappt Transcoding auch auf sparsamen NAS-Chips.

Harte Fakten

Schon die Firmware vieler – aber nicht aller – bezahlbarer NAS erlaubt eine zuverlässige Nutzerverwaltung, gewährleistet File-Locking beim gleichzeitigen Zugriff auf dieselben Daten und hantiert korrekt mit dem Archiv-Bit. Außer Unterstützung für die Windows-Dateifreigabe (CIFS/SMB) gehören zum Repertoire meistens auch NFS, AFP, FTP, iSCSI (also Block-Zugriff auf Volumes), HTTP-Datenaustausch, Rsync, Client-Backup und Replikation. Gängig ist der Fernzugriff von außen – meistens im Zusammenspiel mit DynDNS realisiert –, mittlerweile auch mit Apps für iOS oder Android.

NAS für Privatleute glänzen vor allem mit Multimedia-Funktionen. Fotos und Videos präsentieren sie direkt auf ihrer Web-Oberfläche, dort nehmen sie auch Dateien zum Upload an. DLNA-Server wie Twonky versorgen (UPnP-)Streaming-Clients mit Videos und Musik. Manche transkodieren dabei Filme für Mobilgeräte. NAS mit HDMI-Ausgang sollen neben dem TV-Gerät stehen, die Smartphone-App dient als Fernbedienung. Per USB-Tuner lassen sich einige NAS zum Netzwerk-Videorecorder aufrüsten, allerdings sind erst wenige Sticks kompatibel.

Viele aktuelle NAS besitzen USB-3.0-Buchsen zum Anschluss externer Festplatten. So lassen sich Daten schnell auf den Netzwerkspeicher kopieren oder Backups davon anfertigen. Noch bequemer gelingen Sicherungskopien, wenn man gleich zwei NAS dazu koppelt. Auch in der preislichen Mittelklasse findet man Geräte mit zwei Netzwerkbuchsen, etwa um Netze zu trennen.

Zwei Punkte lösen fast alle NAS besser als günstige Server: Festplattenmontage und Standby-Funktionen. Schnellwechselrahmen gibt es bei vielen Servern nur gegen hohe Aufpreise und im Verbund mit RAID-Adapterkarten, die Hot-Swapping sauber unterstützen. Und während viele NAS problemlos zeitgesteuert einschlafen und sich per Wake on LAN wieder wecken lassen, gelingt Ähnliches bei Server-Betriebssystemen oft erst nach mühseliger Konfiguration – wenn überhaupt: Bei Windows Server scheitern Ruhezustand und Standby (ACPI S4/S3) oft an fehlenden Grafiktreibern. Für Linux-Systeme mit Software-RAID liest man immer wieder die Empfehlung, die Platten lieber nicht zeitgesteuert abschalten zu lassen, weil das häufig zu RAID-Rebuilds führe.

Viele NAS arbeiten leiser und sparsamer als Server. Als Faustregel kann man rechnen, dass 10 Watt Leistungsaufnahme jährlich 22 Euro kosten, nämlich bei Dauerbetrieb und einem Preis von 25 Cent pro Kilowattstunde. Nach fünf Jahren amortisieren sich also 110 Euro Mehrkosten für ein 10 Watt sparsameres Gerät – falls es tatsächlich rund um die Uhr läuft. Schickt man es nachts und am Wochenende in den Standby, dann braucht es zirka 40 Prozent weniger.

Bei der Einschätzung des Energiebedarfs spielen Festplatten eine wichtige Rolle: Pro 3,5-Zoll-Laufwerk fallen 3,5 bis 8 Watt an. Der Dauerbetrieb von vier Festplatten über fünf Jahre verschlingt folglich mindestens 150 Euro. Es kann sich lohnen, auf sparsamere Platten zu achten oder gleich die sehr viel genügsameren 2,5-Zoll-Laufwerke zu verwenden. Wegen der Stromkosten ist es übrigens auch keine gute Idee, ein NAS mit USB-Festplatten zu erweitern: Eine einzige externe 3,5-Zoll-Platte schluckt oft mehr als 10 Watt. Zusätzliche Kabelverbinder und Netzteile bilden außerdem unnötige Fehlerquellen und per USB 2.0 sind höchstens 36 MByte/s möglich.

Erweiterungen

Die etablierten NAS-Hersteller wie Buffalo, Linksys, Netgear, Qnap, Seagate, Synology, Thecus oder Western Digital melden praktisch wöchentlich Neuheiten. Schnellere Dual-Core-Prozessoren und mehr RAM ermöglichen flottere Verschlüsselung, mehr gleichzeitige Nutzer und neue Server-Dienste. Letztere lassen sich oft direkt von der Konfigurationsoberfläche aus als Plug-in installieren. So lernen NAS-Boxen Zusatzfunktionen wie automatische Replikation, Client-Backup oder Server-Dienste für E-Mail, Datenbank und Webseiten. Manche Boxen synchronisieren Daten mit einem Dropbox-Konto, andere versuchen sich als Alternative dazu, etwa mit dem Owncloud-Server auf Qnap-Geräten oder Zarafa auf Synology-Produkten.

Viele NAS-Boxen verwenden Linux als Betriebssystem, doch man spricht eher von Firmware: Der Nutzer kann die Software meistens nur mit Plug-ins erweitern. NAS-Hersteller erleichtern sich üblicherweise die Pflege ihrer Firmware, indem sie einen einheitlichen Kern für verschiedene Hardware-Plattformen verwenden. Binärkompatibilität ist dabei nicht immer möglich, weil ja unterschiedliche Prozessoren zum Einsatz kommen: ARM- oder PowerPC-SoCs sowie x86-CPUs, etwa Intels Atom. Wer ein bestimmtes Plug-in sucht, muss also genau auf den Gerätetyp achten.

Nur wenige der fertig gekauften Netzwerkspeicher lassen sich sinnvoll mit einem anderen Betriebssystem nutzen. Bei den Erweiterungen ist man also auf den guten Willen des jeweiligen Herstellers angewiesen. Für Produkte mancher Firmen haben sich allerdings Nutzergemeinden gebildet, die eigene Plug-ins programmieren. Besonders viel Software-Auswahl gibt es für Geräte von Qnap und Synology.

Die per Plug-in nachrüstbaren NAS-Funktionen entsprechen nicht immer haargenau ihren gleichnamigen Gegenstücken aktueller Linux-Distributionen. Manchmal liegt das schlichtweg daran, dass in der NAS-Firmware ein älterer Linux-Kernel steckt. Tückisch sind auch Funktionen, die externe Geräte anbinden, welche sich rasch weiterentwickeln. Das betrifft etwa Streaming-Clients oder Smartphones. Wer beispielsweise den Kalender oder die Kontaktdatenbank seiner iOS-Geräte mit dem NAS synchronisieren will statt mit den Clouds von Apple oder Google, braucht nach einem Update der Smartphone-Firmware möglicherweise auch ein Update des zugehörigen NAS-Plug-ins. Dabei reagieren NAS-Hersteller üblicherweise langsamer als die Open-Source-Gemeinde. Das gilt übrigens auch für NAS-Distributionen wie FreeNAS: Das Nachrüsten mancher Erweiterung – etwa des Hardware-Monitoring – verlangt hier erstaunlich hohen Aufwand.

Die wenig veränderbare NAS-Firmware reduziert die Zahl möglicher Fehlerquellen und erleichtert die Pannenhilfe. Zu gängigen Netzwerkspeichern findet man in Wikis und Foren viele Informationen. Doch die von den NAS-Fabrikanten geschnürten Firmware-Pakete enthalten mit einiger Wahrscheinlichkeit spezifische Schwächen, nämlich Sicherheitslücken. Die kann der Besitzer des NAS im Allgemeinen nicht selbst stopfen, sondern er ist auf Kompetenz und Reaktionsgeschwindigkeit des Herstellers angewiesen. Firmware-Updates unterbrechen den NAS-Betrieb und bergen ganz eigene Tücken, wie man in Nutzerforen (und in c’t) nachlesen kann: In seltenen Fällen wird das RAID zunächst nicht wieder erkannt oder die Bedienungssprache ist plötzlich Japanisch.

Während große Linux-Distributionen und Windows Server über ihre Update-Funktionen die meisten Löcher rasch schließen, kommen für NAS seltener Patches. Außerdem werden immer wieder gefährliche Lücken bekannt, die es in Standard-Linuxen so nicht gibt: offene Telnet-Ports oder Service-Passwörter. Zumindest für den produktiven Einsatz als öffentlich zugängliche Webserver taugen solche NAS nicht. Selbst die Funktionen zur Freigabe einzelner Dienste via DynDNS ins Web sollte man mit Bedacht freischalten und Optionen meiden, die man nicht genau versteht.

Profi-Technik

Ein Preisvergleich zwischen NAS und Server muss auch Service und Support einschließen. Beim NAS stammen Hard- und Software samt Updates aus einer Hand – das Risiko von Pannen mit Software und Treibern ist gering. Mehr als drei Jahre Support bekommt man allerdings nicht für jeden Netzwerkspeicher, während bei Servern oft fünf Jahre möglich sind, wenn auch gegen deutlichen Aufpreis. Noch teurer werden Vor-Ort-Reparaturen und Zusatzleistungen wie eine Reaktion innerhalb von 4 Stunden oder ein am Wochenende besetztes Callcenter.

Bei Servern gelten diese aufwendigen Wartungsversprechen stets nur für die ausgelieferte Konfiguration beziehungsweise bei Erweiterung mit ausdrücklich freigegebenen Bauteilen. Dazu gehört in diesem Sinne auch das Betriebssystem – und hier kann es teuer werden. Server mit gängiger Hardware laufen zwar problemlos unter einem kostenlosen Linux. Wer aber Support wünscht, braucht meistens Red Hat Enterprise Linux (RHEL) oder Suse Linux Enterprise Server (SLES), wofür Lizenzkosten von mehreren Hundert Euro pro Jahr anfallen. Je nach Zahl der Nutzer und Art der Anwendungen kann Windows Server sogar billiger sein. Bei Windows und einigen kommerziellen Linuxen, nicht aber beim NAS, muss man die Client Access Licences (CALs) mitrechnen. Wichtig ist der Lebenszyklus des Betriebssystems: Der erweiterte Support für Windows Server 2008 R2 endet 2020, Server 2012 läuft bis 2023, ebenso wie RHEL 6. Bei Ubuntu 12.04 LTS ist 2017 Schluss, 2019 bei SLES11 SP2.

Wenn Zuverlässigkeit ein wesentliches Beschaffungskriterium ist, dann scheidet ein Eigenbau der Hardware völlig aus. Die Fehlerwahrscheinlichkeit liegt bei einer Einzelanfertigung aus beliebigen Komponenten deutlich höher als bei qualitätsgesicherter Großserienfertigung. Es ist unwahrscheinlich, dass man diesen Nachteil mit technischen Spezialitäten wie aufwendigen Hardware-RAID-Hostadaptern oder tollen Dateisystemen ausgleichen kann – so simpel lassen sich die Fehlerquellen nicht aufrechnen. Für oft verkaufte Serienprodukte findet man auch mit höherer Wahrscheinlichkeit kompatible Nachfolger, falls sie eines Tages ausfallen. Das ist beispielsweise wichtig, um ein RAID nach einem Defekt des Hostadapters oder des NAS noch auslesen zu können. Einige NAS-Hersteller bieten dafür clevere Lösungen wie Linux-Distributionen, die via CD auf Standard-PCs booten und das RAID erkennen. Mit einem RAID 1 senkt man auch diesbezüglich das Risiko etwas [2]. Sinnvoll ist es zudem, sich beim Nachrüsten von Festplatten, Speichermodulen oder Adapterkarten an Kompatibilitätslisten der Hersteller zu orientieren, wenn kein Originalzubehör erhältlich ist.

Viele NAS arbeiten mit gewöhnlichen SATA-Festplatten jahrelang zuverlässig. Doch für den Server-Einsatz gibt es spezielle „Enterprise“-Platten mit Schnittstellen wie Fibrechannel oder Serial Attached SCSI (SAS). Dazu gehören etwa 2,5-Zoll-Laufwerke mit kurzen Zugriffszeiten dank Drehzahlen von 10 000 oder 15 000 Touren. Bevor es Solid-State Disks gab, waren solche 10K- oder 15K-Laufwerke erste Wahl für latenzkritische Applikationen wie Datenbanken. Viele SAS-Disks sind auch für den Dauereinsatz bei stärkeren Vibrationen ausgelegt und ihre Firmware ist für Server-Zugriffsmuster und RAID-Systeme optimiert: Sie versuchen nur eine begrenzte Zeit lang, Lesefehler zu korrigieren (Time-Limited Error Recovery, TLER). Längere Versuche interpretiert mancher RAID-Controller als Ausfall der Platte und wirft sie aus dem Verbund. Ein anderer Aspekt solcher „Enterprise“-Festplatten ist die laut Spezifikation geringere Wahrscheinlichkeit von Lesefehlern: Sie liegt um den Faktor 10 bis 100 niedriger als bei gewöhnlichen SATA-Laufwerken [2].

Enterprise-SAS-Laufwerke sind aber sehr teuer und funktionieren nicht an SATA-Adaptern, obwohl umgekehrt fast alle SAS-Ports auch SATA-Platten akzeptieren. NAS für SAS-Disks kosten meistens über 2000 Euro. Es gibt spezielle SATA-Platten, die einen Teil der erwähnten „Enterprise“-Eigenschaften besitzen: etwa 2,5-Zoll-Laufwerke für Dauerbetrieb (24 × 7), die schnelle VelociRaptor von WD oder 3,5-Zoll-Platten, die langsamer rotieren, um Energie zu sparen. WD offeriert die Serie Red sowie die Ultrastar der zugekauften Sparte Hitachi GST, Seagate die Constellation ES. Ob sich der Aufpreis für solche Platten wirklich lohnt, weiß man erst hinterher. Viele davon stehen aber auf den Kompatibilitätslisten der Hersteller von NAS, Servern und RAID-Hostadaptern – ein gutes Argument, falls man später einmal Support in Anspruch nehmen möchte.

Was für wen?

Ob es ein Server sein muss oder ein NAS reicht, lässt sich nur im Einzelfall klären. Für viele gewerbliche Nutzer stehen Sicherheit und Support im Vordergrund. Wenn die Server-Dienste aus dem Internet erreichbar sein sollen, dann neigt sich die Waage eher zur Server-Seite. Privatleute kommen mit einem NAS ziemlich weit. Je spezieller aber der gewünschte Dienst funktionieren soll und je mehr Performance nötig ist, desto weniger passt er zum bezahlbaren NAS. (ciw)

Literatur
  1. [1] Holger Bleich, Heim-Hosting, Das NAS als Webserver, c’t 7/12, S. 172
  2. [2] Christof Windeck, Sinnvolle Redundanz, So setzt man RAID heute ein, c’t 2/12, S. 136

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